基因驅動野外試驗極具風險

編譯 楊

短尾鼬鼠，又稱白鼬，自引進新西蘭后對當地鳥類群落造成極大破壞。改變外來入侵物種的基因有可能可以拯救那些因此受到威脅的物種，但可能也會造成可怕后果

2012年，科學家發現了一種能夠精確編輯基因的新辦法，這種被命名為CRISPR的技術讓許多誘人設想的實現成為可能，比如說，科學家想要利用這一技術去治愈遺傳性疾病或者去發明新的農作物。

來自哈佛大學的凱文.埃斯維特（Kevin M. Esvelt）和他的同事當時也有一個極為誘人的想法：利用CRISPR技術往外來入侵動物植入減育基因（這類基因也可稱為基因驅動），從而把那些瀕危的野生動物從滅絕邊緣拯救回來。當基因改造動物被釋放回野外，減育基因就能擴散到種群之中，從而根除這些害蟲。

這一想法吸引了那些花費數十年與外來入侵物種抗衡卻眼看就要輸了的保育生物學家，因此自2014年起就有實驗室開始著手做起了預實驗。而現在，3年過去了，埃斯維特博士卻希望自己從未提起過這個想法。

“我覺得我把它搞砸了。”如今已經是麻省理工學院助理教授的埃斯維特博士在一次采訪中說道，并稱之為“一個令人尷尬的錯誤”。

他和他的同事最近發表在生物預印本文庫（biorxiv.org）的最新研究是讓他感到后悔的起源。在這一工作中，他們搭建了詳細的數學模型，用來預測在將CRISPR技術改造后的個體釋放回野外后會產生什么后果，而計算出的結果顯示此舉存在讓人難以承擔的高風險：改造后的基因可能會擴散到沒有外來入侵物種的區域，而這些區域本身是具有完善結構生態系統的一部分。

埃斯維特博士和他的同事還在PLOS生物雜志上發表了對該項工作簡化版的評論，而他的同事依然堅持基因驅動研究對于拯救受威脅物種是有價值的，只是研究者們需要先發明該技術的高安全版本。

埃斯維特博士和其他研究者還探究過基因驅動技術消除疾病的可能性，其中有較大進展的項目是消滅瘧蚊。這些探究消除疾病的項目依舊是有望實現的，但埃斯維特博士警告說，科學家必須牢記基因驅動的強大性。

“對基因驅動技術風險的發現是一項重要貢獻，”加州大學伯克利分校的數學生物學家約翰.馬歇爾（John M.Marshall）對這一研究做出如下評價，“像這樣研究正是我們需要的嚴謹分析的開始。”

CRISPR技術能夠構建在細胞中找到特定DNA序列的分子，并且在找到后將該序列剪下來，讓這段序列可以被其他不同的序列替換掉。以入侵物種鼬鼠為例，這一技術能夠將降低生育能力的基因引入到鼬鼠基因中去，但同時，這一技術也可能會將CRISPR技術所構建的“剪刀”分子自身的基因也引入進去，這會讓鼬鼠能夠對自身的基因具有編輯的能力。

鼬鼠只要遺傳到一個減育基因，就能復制成一對，并且傳遞給下一代。很快鼬鼠種群生育的后代會越來越少，直到整個種群被瓦解。

加州大學圣地亞哥分校的研究者用實驗室飼養的果蠅驗證了這一預想，此后不久，埃斯維特博士的研究團隊也在酵母中證實了這一過程能夠讓特定基因出現得更加頻繁。

美國國家科學院在2016年發布了關于基因驅動技術的研究報告。在專家們發現基因驅動技術存在許多潛在風險的同時，美國國家科學院卻資助了更多基因驅動的研究，其中可能包括“高管控下的野外試驗”。

所以如果真的有基因驅動在大自然中如野馬脫韁，那會有什么樣的后果呢？埃斯維特博士與哈佛大學研究生查爾斯頓.諾伯（Charleston Noble）以及其他同事合作，試圖做出有根據的推測。

研究者為此搭建了一個新的模型，該模型將出現CRISPR技術不能完成初始目標的情況和在基因編輯過程中出現基因突變來保護目標基因不被編輯的情況的頻率納入計算參數，而其計算結果揭示了基因驅動可以變得極具侵略性，可以通過極少的被編輯個體就能讓一個新基因散播遍布到種群中去。“只需要屈指可數的個體就可以實現。”埃斯維特博士補充說。

這種侵略性也許對于鏟除無法通過毒餌或獵捕來阻止其入侵的諸如鼬鼠一類的外來入侵動物也許是件好事，但如果一旦有被基因編輯過的鼬鼠從入侵環境逃脫或者被有意帶去他處，那么基因驅動可能會很容易傳遍整個鼬鼠棲息地。

這大概意味著當下，在現實生活中，基因驅動實驗還是太具風險。

“野外試驗的概念正是這一實驗能夠被局限在一定區域內，”埃斯維特博士說，“我們的模型卻表明這并不是我們想的那樣。”“這種具有侵略性和自我傳播的基因驅動系統在很多方面和外來入侵物種是相同的。”他補充道。

但高安全版本的CRISPR技術可能也只是在其他地區無害，而在它們表現出侵略性的地區攻擊其他物種。目前，埃斯維特博士正在其實驗室里研究一種在遺傳數代后可以自我摧毀的基因驅動系統。而其他研究者也試圖為島嶼上的外來入侵物種量身定做基因驅動系統，從而使其不能傷害到陸上的親緣動植物。

美國國家科學院基因驅動委員會聯合主席、亞利桑那州立大學進化生態學家詹姆斯.柯林斯（James P. Collins）對這種量身定做的基因驅動系統表示可以接受，“通用型的基因驅動系統的確可能存在這些科學家所提到的負面問題。”

但當考慮到將CRISPR技術應用到消滅瘧疾時，埃斯維特博士卻從數據中得出了不一樣的結論。盡管閹割版基因驅動可能更容易受到調控，但也會因為能力削弱而無法影響到種類繁多的瘧蚊種群，因此動用高傳播率的基因驅動系統也許更有必要。

埃斯維特博士的研究結果表明：如果一個國家決定施放這類基因工程編輯過的瘧蚊，那么不管鄰國樂意與否，他們都將成為這一實驗無可避免的一份子。

也許在釋放這些基因修飾瘧蚊前應該先達成國際共識。“這不該是壓在科學家身上的問題。”美國國家科學院基因驅動委員會會員、北卡羅來納州立大學社會學家杰森.德波爾恩（Jason A.Delborne）如此看待這一問題。

不過埃斯維特博士愿意身先士卒，“我自己有兩個孩子，”他說，“如果他們住在非洲，我的答案一定是肯定的。”

資料來源 The New York Times

責任編輯 彥隱

名詞解釋

● CRISPR 技 術：CRISPR原為細菌為了將病毒的外來入侵基因清除從而進化出的免疫系統，全稱為Clustered regularly interspaced short palindromic repeats，即規律成簇的間隔短回文重復。這一系統就像是一把剪刀，利用這一系統，細菌可以將病毒基因從自己的染色體上切除。本文提及的CRSPR技術是指科學家基于CRISPR系統建立的基因編輯技術。

● 基因驅動技術與基因驅動：基因驅動技術是一種利用遺傳偏好將基因快速擴散到群體中的強大技術，在日常生活中常被簡稱為基因驅動，而本文中的基因驅動特指通過基因驅動技術中快速擴散的基因。

● 基因驅動技術，CRISPR技術與基因驅動的關系：CRISPR技術是基因驅動技術中的一種，通過CRISPR技術可以將基因驅動快速擴散到群體中去，這包括特定基因和CRISPR“剪刀”的系統被統稱為CRISPR基因驅動系統。